7
AKÜ FEMÜBİD 19 (2019) 015101(114-120) AKU J. Sci. Eng. 19 (2019) 015101(114-120) Doi: 10.35414/akufemubid.478095 Araştırma Makalesi / Research Article Sualtı Kablosuz Algılayıcı Ağlarda Aloha tabanlı Maliyet Etkin Ortam Erişim Protokolü Muhammed Enes Bayrakdar Düzce Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Düzce. e-posta: [email protected]. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-9446-0988. Geliş Tarihi: 02.11.2018 ; Kabul Tarihi: 06.03.2019 Anahtar kelimeler Sualtı, Algılayıcı ağlar, Aloha, Ortam erişim. Öz Sualtı algılayıcı ağlar; okyanusta veri toplama, kirlilik izleme, okyanus örneklemesi gibi çok çeşitli uygulamalarla hızla gelişen bir araştırma alanıdır. En çok araştırılan alanlardan biri, birçok uygulamanın temelini oluşturan sualtı algılayıcı ağların kapsama alanıdır. Kapsama alanı genellikle bir ağın algılayıcı tarafından ne kadar etkin izlendiği ile ilgilidir. Su kirliliği başta olmak üzere, okyanus veya deniz bölgesinde ortaya çıkan başlıca problemler vardır. Sualtı kirliliği genel olarak asitleşmeye, plastik kalıntılara ve toksinlere sebep olmaktadır. Günümüzde bu kirliliğin belirlenmesi, insan gözetimli izleme süreci ile gerçekleştirilmektedir. Bu sebeple, kirliliğin oluşumunu tanımlamak için otomatik ve akıllı izleme sistemine ihtiyaç duyulmaktadır. Önerdiğimiz benzetim modeli, su altındaki kirliliğin oluşumunu tanımlayan ve alarm veren akıllı algılayıcı tabanlı izleme sistemini tanımlamaktadır. Benzetim modelini tasarladığımız sistemin, maliyet açısından verimli olması için ortam erişim protokolü olarak Aloha seçilmiştir. Sistemin verimliliği benzetim modeli ile test edilerek mevcut insan gözetimi içeren izleme sürecinden daha kararlı, düşük maliyetli ve yönetilebilir olduğu gösterilmiştir. Algılayıcı ağ yükü 0 ile 6 arasında değiştiğinde, en yüksek başarım oranı 0,36 olarak ağ yükü 1 olduğunda elde edilmektedir. Gecikme değeri 0,14ms ile 0,16ms arasına yakın değerlerde değişirken, en düşük gecikme 0,15ms olarak benzetim süresinin ortalarında elde edilmektedir. Aloha based Cost Effective Medium Access Protocol in Underwater Wireless Sensor Networks Keywords Underwater, Sensor networks, Aloha, Medium Access. Abstract Underwater sensor networks; it is a rapidly developing area of research with a wide range of applications such as data collection in ocean, pollution monitoring and ocean sampling. One of the most researched areas is the coverage of underwater sensor networks, which are the basis of many applications. The coverage is usually related to how effectively a network is monitored by the sensor. There are major problems in the ocean or marine region, especially in water pollution. Underwater pollution generally causes acidification, plastic residues and toxins. Today, the determination of this pollution is carried out through a human surveillance monitoring process. Therefore, there is a need for an automatic and intelligent monitoring system to identify the formation of pollution. The proposed simulation model defines the intelligent sensor-based monitoring system that identifies and alarms the formation of underwater pollution. Aloha was chosen as the medium access protocol for the cost- effective system in which we designed the simulation model. The efficiency of the system has been shown to be more stable, cost-effective and manageable than the monitoring process involving the existing human surveillance by testing with the simulation model. When the sensor network load increases from 0 to 6, the highest performance ratio is obtained as 0.36 when the network load is 1. The delay value changes between 0.14 ms and 0.16 ms, while the lowest delay is acquired as 0.15 ms in the middle of simulation duration. © Afyon Kocatepe Üniversitesi Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Afyon Kocatepe University Journal of Science and Engineering

Sualtı Kablosuz Algılayıcı Ağlarda Aloha tabanlı Maliyet ...fenbildergi.aku.edu.tr/wp-content/uploads/2019/05/015101114-120.pdf · Sualtı algılayıcı ağ tasarımı Çizelge

  • Upload
    others

  • View
    17

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

AKÜ FEMÜBİD 19 (2019) 015101(114-120) AKU J. Sci. Eng. 19 (2019) 015101(114-120)

Doi: 10.35414/akufemubid.478095 Araştırma Makalesi / Research Article

Sualtı Kablosuz Algılayıcı Ağlarda Aloha tabanlı Maliyet Etkin Ortam Erişim Protokolü Muhammed Enes Bayrakdar

Düzce Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Düzce. e-posta: [email protected]. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-9446-0988.

Geliş Tarihi: 02.11.2018 ; Kabul Tarihi: 06.03.2019

Anahtar kelimeler

Sualtı,

Algılayıcı ağlar,

Aloha,

Ortam erişim.

Öz

Sualtı algılayıcı ağlar; okyanusta veri toplama, kirlilik izleme, okyanus örneklemesi gibi çok çeşitli

uygulamalarla hızla gelişen bir araştırma alanıdır. En çok araştırılan alanlardan biri, birçok uygulamanın

temelini oluşturan sualtı algılayıcı ağların kapsama alanıdır. Kapsama alanı genellikle bir ağın algılayıcı

tarafından ne kadar etkin izlendiği ile ilgilidir. Su kirliliği başta olmak üzere, okyanus veya deniz

bölgesinde ortaya çıkan başlıca problemler vardır. Sualtı kirliliği genel olarak asitleşmeye, plastik

kalıntılara ve toksinlere sebep olmaktadır. Günümüzde bu kirliliğin belirlenmesi, insan gözetimli izleme

süreci ile gerçekleştirilmektedir. Bu sebeple, kirliliğin oluşumunu tanımlamak için otomatik ve akıllı

izleme sistemine ihtiyaç duyulmaktadır. Önerdiğimiz benzetim modeli, su altındaki kirliliğin oluşumunu

tanımlayan ve alarm veren akıllı algılayıcı tabanlı izleme sistemini tanımlamaktadır. Benzetim modelini

tasarladığımız sistemin, maliyet açısından verimli olması için ortam erişim protokolü olarak Aloha

seçilmiştir. Sistemin verimliliği benzetim modeli ile test edilerek mevcut insan gözetimi içeren izleme

sürecinden daha kararlı, düşük maliyetli ve yönetilebilir olduğu gösterilmiştir. Algılayıcı ağ yükü 0 ile 6

arasında değiştiğinde, en yüksek başarım oranı 0,36 olarak ağ yükü 1 olduğunda elde edilmektedir.

Gecikme değeri 0,14ms ile 0,16ms arasına yakın değerlerde değişirken, en düşük gecikme 0,15ms olarak

benzetim süresinin ortalarında elde edilmektedir.

Aloha based Cost Effective Medium Access Protocol in Underwater Wireless Sensor Networks

Keywords

Underwater,

Sensor networks,

Aloha,

Medium Access.

Abstract

Underwater sensor networks; it is a rapidly developing area of research with a wide range of

applications such as data collection in ocean, pollution monitoring and ocean sampling. One of the most

researched areas is the coverage of underwater sensor networks, which are the basis of many

applications. The coverage is usually related to how effectively a network is monitored by the sensor.

There are major problems in the ocean or marine region, especially in water pollution. Underwater

pollution generally causes acidification, plastic residues and toxins. Today, the determination of this

pollution is carried out through a human surveillance monitoring process. Therefore, there is a need for

an automatic and intelligent monitoring system to identify the formation of pollution. The proposed

simulation model defines the intelligent sensor-based monitoring system that identifies and alarms the

formation of underwater pollution. Aloha was chosen as the medium access protocol for the cost-

effective system in which we designed the simulation model. The efficiency of the system has been

shown to be more stable, cost-effective and manageable than the monitoring process involving the

existing human surveillance by testing with the simulation model. When the sensor network load

increases from 0 to 6, the highest performance ratio is obtained as 0.36 when the network load is 1.

The delay value changes between 0.14 ms and 0.16 ms, while the lowest delay is acquired as 0.15 ms

in the middle of simulation duration.

© Afyon Kocatepe Üniversitesi

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

Afyon Kocatepe University Journal of Science and Engineering

115

1. Giriş

1990'ların ortasından bu yana, karasal kablosuz

algılayıcı ağı hızla gelişmektedir (Yang vd. 2009,

Chao 2016). Ancak, sınırlı bant genişliği ve geniş

yayılma gecikmeleri gibi sualtı akustik kanalının

belirli özellikleriyle sınırlanan sualtı algılayıcı ağının

gelişimi, karasal kablosuz algılayıcı ağının okyanus

uygulamasında uzantısı, karasal kablosuz

algılayıcıların gerisinde kalmaktadır (Lee vd. 2011,

Park vd. 2009). Mevcut sualtı algılayıcı şebekesinin

ortam erişim kontrol metodu, verimliliği nispeten

düşük olan çarpışma kaçınmalı çoklu erişim

protokolüne ve pratik ihtiyaçları karşılamak için

güvenilir olan Aloha protokolüne dayanmaktadır

(Park 2009, Li vd. 2012). Ayrıca, ağır ağ yükü

durumunda paket çarpışması daha da artarak ağ

performansında daha fazla güç tüketimi ve bozulma

ortaya çıkarmaktadır (Basagni vd. 2014, Rachman

vd. 2012). Dahası, okyanus tabanlı cihazlar genellikle

batarya ile çalıştığından dolayı tek düğümün güç

tüketimi tüm ağın ömrü ile doğrudan ilgilidir

(Yashwanth ve Sujatha 2016). Bu sebeple, düşük güç

düğümü mimarisi ve düşük güç ortam erişim kontrol

protokolünün tasarımı son araştırmalardaki en

önemli noktadır (Goyal vd. 2016, Erol ve Aktug

2008). Algılayıcı ortam erişim kontrol protokolüne

dayalı senkron bir ortam erişim tekniği protokolü

algılayıcı ağlar için standart olarak önerilmektedir

(Byeon vd. 2008, Guangzhong ve Zhibin 2010). Güç

tüketimini azaltmak için “uyku-uyanık” modda

çalışır ve bilgi çarpışmasını önlemek için her düğüm

arasında yayılım senkronizasyonu sağlamaktadır

(Lazar vd. 2016). Ek olarak, güç tüketimini azaltmak

için farklı ortam erişim teknikleri de önerilmektedir

(Rezaei vd. 2012). Ancak, bu tekniklerde de düğümü

uyandırmak için özel, ultra düşük güçlü alıcı

kullanılması gerekmektedir (Erdem ve Gungor

2017).

Bununla birlikte, algılayıcı ağ düğümünün çoğu

donanım mimarisi, belirli bir uygulama için genel

kullanım alanına sahip değildir (Fauziya vd. 2016, Yu

vd. 2009). Bu nedenle, araştırmacılar mevcut sualtı

algılayıcı ağların ortam erişim teknikleri

protokollerinin pratik performansını test etmek için

birleşik bir platformdan yoksundurlar (Zhan vd.

2009, Wahid ve Kim 2012). Sualtı algılayıcı ağ içinde

noktadan noktaya iletişimin performansını test

etmek için evrensel ekipman kullanma yöntemi

referans olarak önerilmişse de, bunun enerji

tüketimi araştırmacıların beklediğinden biraz daha

yüksek olmaktadır (Akhter vd. 2016).

Wahid ve arkadaşları, sualtı kablosuz algılayıcı ağları

için bağlantı tabanlı bir yönlendirme protokolü

önermişlerdir (Wahid ve Kim 2012). Önerdikleri

protokolde, algılayıcı ağlarda yüksek hata oranlarıyla

karşılaşılması nedeniyle güvenilirlik konusunu ele

almışlardır. Bu nedenle, iletim sırasında hedef ile en

güçlü bağlantıya sahip olan bir düğümü, bir sonraki

yönlendirme düğümü olarak seçmektedirler. NS-2

simülatörünü kullanarak, önerdikleri protokolü

lokalizasyonsuz yönlendirme protokolüyle

karşılaştırmışlardır. Simülasyon sonuçları ile,

önerdikleri protokolün daha fazla performans artışı

gösterdiğini vurgulamaktadırlar (Wahid ve Kim

2012).

Yu ve arkadaşları, sualtı ortamları için sualtı kablosuz

algılayıcı ağlarında algılayıcı lokalizasyonu tekniğini

incelemişlerdir (Yu vd. 2009). Sualtı ortamlarında,

radyo frekans sinyalinin aşırı sınırlı yayılma

nedeniyle sualtı kullanımı için uygun olmadığını

vurgulamışlardır. Bu nedenle, sualtı algılayıcı ağların

akustik modemlerle oluşturulması gerekliliğini

belirtmektedirler. Bu yüzden, her bir algılayıcı

pozisyonunu belirlemek için yeni bir lokalizasyon

algoritmasına ihtiyaç duymuşlardır. Öncelikle,

karasal ortamlar için lokalizasyon tekniklerini

incelemişlerdir. Daha sonra sualtı kullanımında

uygun algoritmayı sunmuşlardır. Son olarak,

algılayıcı düğümün iletişim aralığı, düğüm sayısı ve

referans düğümün konumu arasındaki farklı

koşulları kullanarak sualtı tabanlı lokalizasyon

algoritmasını değerlendirmişlerdir (Yu vd. 2009).

Byeon ve arkadaşları, düşük enerji, yüksek hız ve

düşük maliyet sualtı algılayıcı ağlar için bir ön koşul

olduğundan, çalışmalarında genel amaçlı su

geçirmez bir algılayıcı kullanarak sualtı modemi

tasarlamışlardır ve uygulamışlardır (Byeon vd.

2008). Ayrıca, iki noktadan noktaya modem içeren

bir su deposunda bazı deneyler yapmışlardır.

Sualtı Kablosuz Algılayıcı Ağlarda Aloha tabanlı Maliyet Etkin Ortam Erişim Protokolü, Bayrakdar

116

Yaptıkları deneylere göre, 1 kbps'lik bir veri hızı ile 1

metrelik bir mesafede neredeyse hatasız iletişimin

mümkün olduğunu vurgulamaktadırlar. Fakat veri

hızının artmasıyla iletişim kalitesinin hızla

bozulduğunu ortaya koymuşlardır (Byeon vd. 2008).

Katti ve arkadaşları, farklı algılayıcı kurulum

şemalarını ve bunların kapsama alanı üzerindeki

etkilerini incelemişlerdir (Katti ve Lobiyal 2016).

Maksimum kapsama alanı için üçgen, ızgara ve

altıgen tabanlı algılayıcı yerleştirme şemalarını

karşılaştırmışlardır. Buna göre, istenilen bir kapsama

alanı seviyesine ulaşmak için her bir durumda

gereken algılayıcı düğümlerin sayısını

hesaplamışlardır (Katti ve Lobiyal 2016).

Önerdiğimiz benzetim modeli, su altındaki kirliliğin

oluşumunu tanımlayan ve alarm veren akıllı

algılayıcı tabanlı izleme sistemini tanımlamaktadır.

Benzetim modelini tasarladığımız sistemde maliyet

açısından verimli olması ve düşük güç tüketmesi için

ortam erişim protokolü olarak Aloha seçilmiştir.

Yazılım radyo teknolojisi konseptine dayanan bu

tasarım ve mimari, hem genelliği hem de düşük güç

tüketimini sağlamak için “uyku-uyanık” modda

çalışmaktadır. Benzetim modelinin tasarımı ve

mimarisi için Riverbed Modeler ve Matlab

yazılımlarından faydalanılmıştır (Matlab 2018). Her

bir algılayıcı düğümün tasarımı, sualtı kirliliğini tespit

edecek şekilde ayarlanmıştır. Sistemin verimliliği

benzetim modeli ile test edilerek mevcut insan

gözetimi içeren izleme sürecinden daha kararlı ve

yönetilebilir olduğu gösterilmiştir. Tasarladığımız

sualtı algılayıcı ağ, ortam erişim kontrol protokolü

üzerinde gelecekteki çalışmalar için uygun bir

donanım platformu sağlamaktadır.

2. Materyal ve Metot

Çalışmamızda, sualtı kablosuz algılayıcı ağlarda

kirlilik kontrolü için maliyet etkin ortam erişim

protokolü tasarımı ve benzetimi yapılmıştır. Ağ

yapımızın temeli ve tasarımı tamamlandıktan sonra,

Riverbed Modeler yazılımı ile benzetimi yapılmıştır

(Riverbed 2018). Senaryo olarak, denizlerde veya

okyanuslarda belirli bir bölgenin yenilebilir balık

avlama bakımından temiz olup olmadığını tespit

etmek için oradaki suyun kimyasal özelliklerinin

algılayıcı düğümler yardımıyla uzun süreli

gözlemlenmesi düşünülmüştür.

Riverbed Modeler yazılımı; tasarım, benzetim ve

veri toplama gibi çeşitli araçlar içermektedir.

Riverbed Modeler ayrıca kablosuz iletişim ağlarının

modellenmesini ve dağıtılmış ağ sistemlerini içeren

kapsamlı bir geliştirme ortamını desteklemektedir.

Riverbed yazılımında, bir benzetim modelinin

performans değerlendirmesi, ayrık olay

benzetimleri aracılığıyla değerlendirilmektedir.

Riverbed Modeler yazılımının kaynak kodu Proto C

programlama dilinde yazılmaktadır.

Şekil 1. Benzetim yazılımı algoritması

Şekil 1’de, benzetim yazılımında kullanılan kablosuz

algılayıcı düğümlerin işlem modeli tasarlanmıştır.

Riverbed benzetim yazılımı olaya dayalı

olduğundan; tüm değişkenler tanımlandıktan sonra,

ilk değerleri başlangıç durumda atanmaktadır.

Ardından, işlem boşta duruma geçmekte ve yeni bir

olayın meydana geldiğini belirten bir kesmenin

gerçekleşmesini beklemektedir. Kuyruk

durumunda; algılayıcı düğüm algılama işlemini

gerçekleştirerek veri paketlerini kuyruğa

eklemektedir. Kuyruktaki mevcut veri paketlerinin

iletimi için gönderme durumuna geçilmektedir.

2.1 Sualtı algılayıcı ağ tasarım ve benzetimi

Şekil 2’de gösterilen sualtı algılayıcı ağ

tasarımımızda, sualtına yerleştirilmiş çok sayıda

algılayıcı bulunmaktadır. Algılayıcılar kendi

aralarında tasarsız (ad-hoc) olarak

haberleşmektedir.

Boşta

Durumu

Gönderme

Durumu

Başlangıç

Durumu

Kuyruk

Durumu

Sualtı Kablosuz Algılayıcı Ağlarda Aloha tabanlı Maliyet Etkin Ortam Erişim Protokolü, Bayrakdar

117

Gerektiği durumlarda da birbirleri üzerinden

haberleşerek verilerini yüzey düğüme

aktarmaktadırlar. Ortam erişim tekniği olarak

maliyet etkin bir protokol olan Aloha tabanlı teknik

kullanmaktadırlar. Sualtı algılayıcı düğümlerden

gelen verileri toplamak için kullanılan bir de yüzey

düğüm bulunmaktadır. Yüzey düğümün görevi,

algılayıcı düğümlerden kendisine gelen verileri kıyı

istasyona aktarmaktır. Kıyı istasyonun topladığı

veriler, civarda bulunan herhangi bir çevrimiçi

izleme merkezinden izlenmekte ve takip

edilmektedir. Yüzey düğüm aynı zamanda, sualtı

algılayıcı düğümlerin veri trafiğini yönlendiren bir

koordinatör düğüm konumundadır.

Şekil 2. Sualtı algılayıcı ağ tasarımı

Çizelge 1’de, benzetim modelimizde kullanılan

algılayıcı ağ parametreleri verilmektedir.

Çizelge 1. Sualtı algılayıcı ağ benzetim parametreleri.

Parametre Değer

Veri iletim hızı 10 Kbps

Paket boyutu 50 byte

Gecikme 25 us

Frekans 25 Khz

Benzetim süresi 3600 sn

Gönderim gücü 2 mW

Alım gücü 0,75 mW

Algılayıcı düğüm sayısı 22

Sualtı algılayıcı ağlarda, enerji verimliliğini en üst

düzeye çıkarabilmek için gecikmenin minimum

düzeyde tutulması gerekmektedir. Sualtı ortamlar

oldukça yoğun olduğu için, sinyal iletiminin paket

kayıplarına maruz kalmaması için gecikme

seviyesinin de mümkün olan en düşük seviyede

olması gerekmektedir. Paket kaybı, aynı paketin

tekrar iletilmesi gerekliliğinden dolayı büyük

miktarda enerji sarfiyatına sebep olmaktadır. Bu

sebeplerden dolayı, sualtı algılayıcı ağlarda gecikme

ve paket kayıplarının göz önünde bulundurulması

oldukça önemlidir.

2.2 Aloha tabanlı ortam erişim tekniği

Sualtı algılayıcı ağlarda Aloha protokolünün

kullanılmasının en önemli sebebi, düğümler arası

rasgele yayılım gecikmesinin performans üzerinde

herhangi bir olumsuz etkisinin bulunmamasıdır.

Ayrıca, Aloha protokolünde herhangi bir sezme veya

geri bildirim mekanizması bulunmadığından dolayı

ekstra enerji tüketimi ve gecikme yaşanmamaktadır.

Slotted Aloha tekniğinde, zaman α paket süresine

eşit veya bu süreden büyük olacak şekilde eşit

dilimler uzunluğunda parçalara bölünmektedir. Her

Yüzey

DüğümKıyı İstasyonKıyı İstasyon

Sualtı Algılayıcı Düğümler

Çevrimiçi İzleme MerkeziÇevrimiçi İzleme Merkezi

Sualtı Kablosuz Algılayıcı Ağlarda Aloha tabanlı Maliyet Etkin Ortam Erişim Protokolü, Bayrakdar

118

bir algılayıcı düğüm, sadece zaman diliminin

başlangıcında paket gönderimi yapabilmektedir.

Eğer bir düğümün zaman diliminin başlangıcı dışında

hazır paketi olur ise, bir sonraki zaman diliminin

başlangıcına kadar bekleme yapmaktadır.

Şekil 3. Slotted Aloha tekniğinde örnek paket iletimi

Şekil 3’te; Paket 1, Paket 2 ve Paket 3 çarpışmasız bir

şekilde gönderilmekte iken, Paket 4 ve Paket 5

çarpışmaktadır. Bu yüzden, bu iki paketin sonraki

zaman dilimlerinde tekrar gönderilmesi

gerekmektedir. Slotted Aloha tekniğinde,

düğümlerin tekrar gönderim yapmadan önce

beklediği süre trafiğin gecikme karakteristiğini

belirlemektedir. Slotted Aloha için kritik süre, kısmi

çarpışmalar meydana gelmediği için sadece bir

paket zamanıdır. Kritik süre boyunca başka hiçbir

gönderimde bulunulmama olasılığı; G ortalama yük

olmak üzere e-G olmaktadır. S başarım oranı olmak

üzere;

S = G * e-G (1)

ifadesiyle Slotted Aloha protokolünün başarımı

oranı elde edilmektedir. Başarım oranı en fazla

yükün 1 olduğu durumda elde edilmektedir ve 0,36

civarında olmaktadır.

Slotted Aloha tekniğinin gecikme ifadesi D; tp

yayılım gecikmesi olmak üzere;

D = tp + (eG - 1) (2)

olarak bulunmaktadır. Ortalama gecikme sualtı

algılayıcı ağımız için ortalama olarak 0,16 ms

civarında olmaktadır.

Slotted Aloha tekniğinin sualtı algılayıcı ağlar için

olumlu yönleri şu şekildedir: (i) Zaman dilimlerinin

dışında paket iletimi başlatılmadığı için, kısmi

çarpışmalar engellenmiş olur. (ii) Çok fazla paket

iletimi yapıldığı durumlarda, sabit tahsis ilkesine

göre çalışan sistemlerden daha verimlidir. (iii) Geri

bildirim sistemine sahip olduğu için, paketlerin

başarılı bir şekilde iletildiğinden emin olunur. (iv)

Sualtı algılayıcı ağa yeni algılayıcıların eklenmesi ve

çıkarılması kolaydır.

3. Bulgular

Şekil 4’te, Slotted Aloha tekniğinin algılayıcı ağ

yüküne göre başarım oranı grafiği görülmektedir.

Şekil 4. Slotted Aloha tekniğinin başarım oranı

Grafik incelendiğinde, algılayıcı ağ yükünün 0 ile 6

arasında değiştiği görülmektedir. En yüksek başarım

oranı da 0,36 olarak ağ yükü 1 olduğunda elde

edilmektedir. Ayrıca, matematiksel model

sonuçlarının benzetim modeli sonuçları ile birebir

örtüştüğü açıkça görülmektedir.

Şekil 5. Slotted Aloha tekniğinin gecikme analizi

Şekil 5’te, Slotted Aloha tekniğinin gecikme analizi

grafiği görülmektedir. Grafik incelendiğinde,

benzetim süresi boyunca gecikme değerinin 0,14 ile

Sualtı Kablosuz Algılayıcı Ağlarda Aloha tabanlı Maliyet Etkin Ortam Erişim Protokolü, Bayrakdar

119

0,16 arasında değiştiği görülmektedir. En düşük

gecikme 0,15 olarak benzetim süresinin ortalarında

elde edilmektedir. Ayrıca, benzetim modeli

sonuçlarının analitik model sonuçları ile birebir

örtüştüğü net bir şekilde anlaşılmaktadır.

Kablosuz sualtı algılayıcı ağlarda; kablolu sualtı

ağlarda olan kablo hattı çekme, boru döşeme,

bağlantı bakımları vb. maliyetler bulunmadığı için

maliyet açısından oldukça verimlidir. Kablosuz sualtı

algılayıcı ağlarda, kablolu ağlarda yaşanabilecek

kablo kopma sorunu ve bunun bakımı gibi maliyetler

olmamaktadır. Bunun yanında, mümkün olan en

düşük sayıda düğümü belirlenen sualtı konumlara

en uygun şekilde yerleştirerek kablosuz algılayıcı

düğüm sayısından da maliyet tasarrufu

sağlanmaktadır.

Şekil 4 ve Şekil 5 dikkatli bir şekilde incelendiğinde,

benzetim model ve analitik model sonuçlarının çok

yakın olması, sualtı algılayıcı ağ tabanlı maliyet ve

gecikme verimli ortam erişim tekniğimizin

geçerliliğini ortaya koymaktadır. Elde edilen

bulgular, benzetim modelini geliştirdiğimiz maliyet

etkin sualtı algılayıcı ağ modelinin hedeflenen

özellikleri sağladığı için gerçek hayattaki deniz, göl

gibi sualtı ortamlarda da kullanılabileceğini açık bir

şekilde kanıtlamaktadır.

4. Tartışma ve Sonuç

Önerdiğimiz benzetim modeli, su altındaki kirliliğin

oluşumunu tanımlayan ve alarm veren akıllı

algılayıcı tabanlı izleme sistemini tanımlamaktadır.

Benzetim modelini tasarladığımız sistemde maliyet

açısından verimli olması için ortam erişim protokolü

olarak Aloha seçilmiştir. Sistemin verimliliği

benzetim modeli ile test edilerek mevcut insan

gözetimi içeren izleme sürecinden daha kararlı ve

yönetilebilir olduğu gösterilmiştir.

Gelecek çalışmalarda, izleme sistemi ile ilgili olarak

yaşanabilecek farklı sorunlara çözüm niteliğinde

çalışmalar gerçekleştirilebilir. Sualtı kirliliği izleme ve

kirlilik kontrol sistemleri uygulama olarak

günümüzde kullanılmadığı için, tasarlanan sistemler

benzetim modelleri üzerinde test edilerek sonuçlar

gözlemlenebilir.

5. Kaynaklar

Akhter, A., Uddin, M. A., Abir, M. A. I. and Islam M. M.,

2016. Noise aware level based routing protocol for

underwater sensor networks. International

Workshop on Computational Intelligence, Dhaka,

169-174.

Basagni, S., Bölöni, L., Gjanci, P., Petrioli, C., Phillips, C. A.

and Turgut, D., 2014. Maximizing the value of sensed

information in underwater wireless sensor networks

via an autonomous underwater vehicle. IEEE

INFOCOM - IEEE Conference on Computer

Communications, Toronto, ON, 988-996.

Byeon, M., Kim, B., Jeon, J. and Park, S., 2008. Design and

implementation of high-speed communication

modem using ultrasonic sensors for underwater

sensor networks. OCEANS Conference, Quebec City,

QC, 1-4.

Chao, Y., 2016. Autonomous underwater vehicles and

sensors powered by ocean thermal energy. OCEANS

Conference, Shanghai, 1-4.

Erdem, H. E. and Gungor, V. C., 2017. Lifetime analysis of

energy harvesting underwater wireless sensor nodes.

25th Signal Processing and Communications

Applications Conference, Antalya, 1-4.

Erol, M. and Oktug, S., 2008. A localization and routing

framework for mobile underwater sensor networks.

IEEE INFOCOM Workshops, Phoenix, AZ, 1-3.

Fauziya, F., Agrawal, M. and Lall, B., 2016. Channel

capacity of a Vector Sensor based underwater

communications system. OCEANS MTS / IEEE

Conference, Monterey, CA, 1-5.

Goyal, N., Dave, M. and Verma, A. K., 2016. Congestion

control and load balancing for cluster based

underwater wireless sensor networks. Fourth

International Conference on Parallel, Distributed and

Grid Computing, Waknaghat, 462-467.

Guangzhong, L. and Zhibin, L., 2010. Depth-Based Multi-

hop Routing protocol for Underwater Sensor

Network. The 2nd International Conference on

Industrial Mechatronics and Automation, Wuhan,

268-270.

Sualtı Kablosuz Algılayıcı Ağlarda Aloha tabanlı Maliyet Etkin Ortam Erişim Protokolü, Bayrakdar

120

Katti, A. and Lobiyal, D. K., 2016. Sensor node

deployment and coverage prediction for underwater

sensor networks. 3rd International Conference on

Computing for Sustainable Global Development, New

Delhi, 3018-3022.

Lazar, I., Ghilezan, A. and Hnatiuc, M., 2016.

Development of underwater sensor unit for studying

marine life. IEEE 22nd International Symposium for

Design and Technology in Electronic Packaging,

Oradea, 82-85.

Lee, T. J., Han, M. S., Han, J. W., Shin, S. J., Kim, K. M.,

Chun, S. Y. and Son, K., 2011. A Study on the Low

Power Communication for Underwater Sensor

Network. IFIP 9th International Conference on

Embedded and Ubiquitous Computing, Melbourne,

VIC, 420-423.

Li, S., Wang, W. and Zhang, J., 2012. Efficient deployment

surface area for underwater wireless sensor

networks. IEEE 2nd International Conference on

Cloud Computing and Intelligence Systems,

Hangzhou, 1083-1086.

Park, S., 2009. An efficient transmission scheme for

underwater sensor networks. OCEANS - EUROPE

Conference, Bremen, 1-3.

Park, S., Jo, B. and Han, D., 2009. An efficient mac

protocol for data collection in underwater wireless

sensor networks. MILCOM - IEEE Military

Communications Conference, Boston, MA, 1-5.

Rachman, R., Laksana, E. P., Putra, D. S. and Sari, R. F.,

2012. Energy Consumption at the Node in

Underwater Wireless Sensor Network (UWSNs). Sixth

UKSim/AMSS European Symposium on Computer

Modeling and Simulation, Valetta, 418-423.

Rezaei, H. F., Kruger, A. and Just, C., 2012. An energy

harvesting scheme for underwater sensor

applications. IEEE International Conference on

Electro/Information Technology, Indianapolis, IN, 1-4.

Wahid, A. and Kim, D., 2012. Connectivity-based routing

protocol for underwater wireless sensor networks.

International Conference on ICT Convergence, Jeju

Island, 589-590.

Yang, Y., Xiaomin, Z., Bo, P. and Yujing, F., 2009. Design of

sensor nodes in underwater sensor networks. 4th

IEEE Conference on Industrial Electronics and

Applications, Xi'an, 3978-3982.

Yashwanth, N. and Sujatha, B. R., 2016. Wireless sensor

node localization in underwater environment.

International Conference on Electrical, Electronics,

Communication, Computer and Optimization

Techniques, Mysuru, 339-344.

Yu, C. H., Lee, K. H., Moon H. P., Choi, J. W. and Seo, Y. B.,

2009. Sensor localization algorithms in underwater

wireless sensor networks. ICCAS-SICE Conference,

Fukuoka, 1760-1764.

Zhan, A., Chen, G. and Wang, W., 2009. Utilizing

Automatic Underwater Vehicles to Prolong the

Lifetime of Underwater Sensor Networks.

Proceedings of 18th International Conference on

Computer Communications and Networks, San

Francisco, CA, 1-6.

İnternet kaynakları 1-Riverbed Modeler, https://www.riverbed.com/gb/,

(31.10.2018). 2-Matlab Software, https://ww2.mathworks.cn/en/,

(31.10.2018).